UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE INFORMÁTICA
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM TECNOLOGIAS, GERÊNCIA E
SEGURANÇA DE REDES DE COMPUTADORES
GERSON PRETO
Rede MPLS, Tecnologias e Tendências de
Evoluções Tecnológicas
Trabalho de Conclusão apresentado como
requisito parcial para a obtenção do grau de
Especialista
Prof. Dr. Juergen Rochol
Orientador
Prof. Dr. Sérgio Luis Cechin
Prof. Dr. Luciano Paschoal Gaspary
Coordenadores do Curso
Porto Alegre, novembro de 2008.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
Reitor: Prof. Carlos Alexandre Netto
Vice-Reitor: Prof. Rui Vicente Oppermann
Pró-Reitor de Pós-Graduação: Prof. Aldo Bolten Lucion
Diretor do Instituto de Informática: Prof. Flávio Rech Wagner
Coordenadores do Curso: Profs. Sérgio Luis Cechin e Luciano Paschoal Gaspary
Bibliotecária-Chefe do Instituto de Informática: Beatriz Regina Bastos Haro
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao meu Orientador e também a minha família, Jaqueline Vier da Silva,
minha esposa, e Tiago Vier Preto e a Manuela Vier Preto, meus filhos, que sempre me
apoiaram me ajudando a prosseguir e concluir mais essa etapa em minha vida.
SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ................................................................... 5
LISTA DE FIGURAS..................................................................................................... 6
RESUMO......................................................................................................................... 7
ABSTRACT .................................................................................................................... 8
1 MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING (MPLS) .......................................... 9
1.1 Objetivos............................................................................................................. 10
1.2 Objetivos Específicos ......................................................................................... 10
1.3 Motivação ........................................................................................................... 10
2 CARACTERÍSTICAS, BENEFÍCIOS E VANTAGENS DA REDE MPLS..... 11
2.1 O que é o MPLS? ............................................................................................... 11
2.2 Benefícios do MPLS........................................................................................... 12
2.2.1
Gerência: ........................................................................................................12
2.2.2
Desempenho: ................................................................................................. 12
2.2.3
Segurança:...................................................................................................... 12
2.2.4
Escabilidade: .................................................................................................. 12
2.2.5
Alta Disponibilidade:..................................................................................... 12
2.3 Serviços do MPLS.............................................................................................. 13
2.3.1
Topologias de VPN´s:.................................................................................... 13
2.3.2
VPN´s L3 MPLS:........................................................................................... 14
2.3.3
VPN´s L2 MPLS:........................................................................................... 16
2.4 Funcionamento da Rede MPLS........................................................................ 16
2.4.1
Comutação MPLS – comutação por Label: ................................................... 17
2.4.2
Arquitetura MPLS: ........................................................................................ 18
2.4.3
Funcionamento das IP VPN´s em MPLS ...................................................... 19
2.5 QoS(Quality of Service) em Rede MPLS......................................................... 20
2.5.1
Modelo Diff Service(Differentiated Services)............................................... 20
2.5.2
Classificação no Modelo Diff Service ........................................................... 21
2.5.3
Modelo DSCP(Differenciated Services Code Point)..................................... 22
2.6 Metro Ethernet e Ethernet sobre MPLS ......................................................... 23
2.6.1
MAN Ethernet................................................................................................ 24
2.6.2
MAN Ethernet Baseada em MPLS ................................................................ 24
2.7 NG-SDH(Next Generation - Synchronous Digital Hierarchy) ...................... 26
3 REDES NGN (NEXT GENERATION NETWORK) E CONVERGÊNCIA DE
SERVIÇOS.................................................................................................................... 29
4 CONCLUSÃO – CENÁRIOS FUTUROS PARA REDES DE
TELECOMUNICAÇÕES DE PROVEDORES DE SERVIÇOS E SEUS
USUÁRIOS FINAIS ..................................................................................................... 34
REFERÊNCIAS............................................................................................................ 36
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
MPLS
Multiprotocol Label Switching
QoS
Quality of Service
VoiP
Voice over Internet Protocol
NGN
Next Generation Network
CVPs
Circuitos Privativos Virtuais
MAN
Metropolitan Area Network
IP VPN
Internet Protocol – Virtual Private Network
NG-SDH
Next Generation - Synchronous Digital Hierarchy
VPN L3 MPLS
Virtual Private Network - Level 3 - MPLS
VRF
VPN Routing ad Forwarding Table
LSP
Label Switched Path
SIP
Session Initiation Protocol
GPRS
General Packet Radio Service
Wi-fi
Wireless Fidelity ou WLAN
WLAN
Wireless Local Area Network
LER
Label Edge Router
ELSR
Edge Label Switch Router
LSR
Label Switch Router
OAM
Operação, administração e manutenção
EVC
Ethernet Virtual Circuit
DSLAM
Digital Subscriber Line Access Multiplexer
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1: Topologias MPLS ........................................................................................ 13
Figura 1.2: VPN L3 PE-based: MPLS............................................................................ 14
Figura 1.3: VPN L3 CE-based: MPLS ........................................................................... 15
Figura 1.4: Exemplo de VPN L3 e VRF ........................................................................ 16
Figura 2.4: Estrutura do Label da Arquitetura MPLS .................................................... 17
Figura 2.5: Arquitetura MPLS........................................................................................ 18
Figura 2.6: Diagrama simplificado dos mecanismos de QoS......................................... 21
Figura 2.7: Modelos de Aplicações ................................................................................ 26
Figura 2.8: Meios de Transmissão, Protocolos e Serviços para NG-SDH ..................... 27
Figura 2.9: Arquitetura NG-SDH ................................................................................... 27
Figura 3.1: Diagrama NGN e integração de Sistemas de Redes Fixas e Móveis .......... 31
Figura 3.2: Arquitetura NGN e seus subsistemas........................................................... 33
Figura 3.3: Visão Macro: Arquitetura NGN, redes de acesso, redes de transportes,
Backbones e interconexões.......................................................................... 33
RESUMO
A Rede Núcleo de Dados Multiprotocol Label Switching(MPLS) é uma tecnologia
consolidada no BackBones IP das Operadoras de Telecomunicações no Mercado
Brasileiro, que possibilita a transição de tecnologias de Rede Núcleo mais antigas, como
por exemplo, Frame-Relay, e além disso, possibilita agregar novos tipos de serviços e
também como essa tecnologia é baseada em Protocolo IP permite a diminuição contínua
dos custos referentes a tais Redes.
Esta tecnologia será uma das bases da nova Rede Pública de Telecomunicações, o
futuro das Rede Núcleo. Existem várias vantagens em relação a Rede MPLS: prover
Engenharia de Tráfego, VPN, e facilitar a implantação de QoS na rede.
Este trabalho visa estudar a tecnologia da Rede MPLS e também analisar como
evoluirá essa tecnologia e qual será a tendência de evolução das mesmas para
Provedores de Serviços de Telecomunicações e seus usuários finais. Tais estudos e
análises visam estabelecer conhecimentos sobre tais tecnologias, processos e os
consequentes benefícios de sua utilização em ambientes corporativos.
Palavras-Chave: MPLS, evolução, NGN, tendência.
MPLS Network
ABSTRACT
The Network Data Center Multiprotocol Label Switching (MPLS) technology is a
consolidated IP backbone of the telecommunications operators in the Brazilian market,
which enables the transition of technology from Network Core older, such as FrameRelay, and furthermore, allows adding new types of services and how this technology is
based on IP protocol allows for the continuous decline in costs relating to such
networks.
This technology will be one of the foundations of the new public
telecommunications network, the future of the Network Center. There are several
advantages over MPLS Network: providing Traffic Engineering, VPN, and facilitate the
deployment of QoS in the network.
This paper aims to study the technology of MPLS Network and also examine how
this technology will evolve and what is the trend of development of the same for
Telecommunications Service Providers and their end users. Such studies and analysis to
establish knowledge about such technologies, processes and the resulting benefits of
their use in corporate environments.
Keywords: MPLS, Evolution, NGN, Trend.
9
1 MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING (MPLS)
A Rede MPLS é uma tecnologia baseada em comutação de pacotes a implantação de
múltiplos serviços através da seleção e aplicação de QoS para cada um deles. O serviço
principal disponível é o de Redes Privativas Virtuais IP, também chamado de IP VPN.
Algumas das vantagens dos serviços IP VPN em MPLS são que eles aliam: a
segurança e o desempenho das Redes Tradicionais, capacidade de suportar tráfegos de
voz e multimídia através do uso de técnicas de tratamento de Qos para os mesmos, e
flexibilidade das Redes IP´s. O cenário de uma rede com QoS é semelhante ao das redes
determinísticas, onde a banda reservada para uma determinada aplicação não é utilizada
por outra e fica dedicada para aquela aplicação, acarretando mal uso dos recursos.
O tratamento de QoS na Rede MPLS é mais abragente e permite tratar de maneira
diferente até dezenas de classes de serviços, o que a difere de tecnologias
convencionais.
Atualmente a Rede MPLS é considerada capaz de oferecer melhores desempenhos
totais.
Alguns dos benefícios de uma solução com Rede MPLS são:
- Gerência: facilidade de controlar e visualizar os requisitos de desempenho,
disponibilidade, segurança e escabilidade da Rede;
- Desempenho: garantia da qualidade de serviço(QoS) para diferentes tipos de
tráfegos e aplicações;
- Disponibilidade: capacidade de prover acesso ininterrupto aos ativos da rede;
- Segurança: diminui riscos e ameaças as informações e ativos da rede;
- Escabilidade: capacidade de crescer e se ajustar a novos requisitos, aplicações e
topologia da rede, em termos de quantidades, taxas de transmissão e tipos de acesso.
A Rede MPLS pode ser utilizada em vários ramos de negócios e independente do
porte da empresa. O MPLS posui muitos diferenciais podendo atender a diferentes
níveis de exigência e necessidades.
10
1.1 Objetivos
O objetivo do presente trabalho é analisar a tecnologia da Rede MPLS e verificar
seu funcionamento, utilização, benefícios e a evolução tecnológica atual da mesma.
Além disso, analisaremos qual será a próxima etapa evolutiva dessa tecnologia e como
influenciará provedores de serviços e seus usuários finais.
1.2 Objetivos Específicos
O presente trabalho visa detalhar os seguintes itens:
- Funcionamento da tecnologia atual Rede MPLS;
- Estudar e entender a evolução atual e futura dessa tecnologia;
- Analisar e avaliar seus benefícios;
- Identificar serviços, para a tecnologia atual e futura, que podem ser agregados a
Rede MPLS;
- Avaliar e propor cenários possíveis de Tecnologias “Core” para Infra-estrutura de
Redes de Telecomunicações de Provedores de Serviços.
1.3 Motivação
As principais motivações para o presente trabalho são: avaliar a tecnologia atual e
vislumbrar o futuro das Redes de Telecomunicações, tanto a nível de Provedor de
Serviços como a nível de usuário final dos Provedores de Serviços. Ou seja, buscarmos
entender de que forma as Redes Privativas de Dados irão evoluir em relação a infraestrutura e em relação a serviços a serem oferecidos. De posse dessas informações
conseguiremos propor cenários futuros de evolução.
1.4 Estrutura do Trabalho
A estrutura do trabalho está subdivida da seguinte forma:
No capítulo 2 do presente trabalho temos definições de funcionamento e
características da Rede MPLS.
No capítulo 3 do presente trabalho apresentamos a definição de Rede NGN e como
será a Convergência de Serviços para a mesma.
No capítulo 4 do presente trabalho tentamos apresentar Cenários Futuros para as
Redes de Telecomunicações.
11
2 CARACTERÍSTICAS, BENEFÍCIOS E VANTAGENS
DA REDE MPLS
Para se construir uma infra-estrutura de Rede é necessário planejamento, expertise
em projetos, modelagem e análise de informações.
As Redes Privativas permitem ganhos de escala para a comunicação entre vários
pontos e devem ser vistas como blocos gerenciáveis e deve ser adaptativa para satisfazer
as diferentes demandas.
2.1 O que é o MPLS?
O Multi Protocol Label Switching(MPLS), é uma moderna tecnologia de
comutação. Assim como existe a comutação ATM e a comutação IP, o MPLS, que
também é chamado de comutação por LABELS, é outra forma de comutar pacotes.
A forma como a comutação por LABELS foi concebida permite a implantação de
várias camadas de serviços sobre o Backbone IP. Essa flexilidade integrada com
equipamentos de alto desempenho, torna essa tecnologia melhor adaptável a vários tipos
de demandas e ambientes, principalmente à necessidade cada vez maior de melhor
desempenho e aumento de banda solicitado por novas aplicações.
Na camada de serviços do MPLS alguns se destacam, como o IP VPN com QoS que
implementa a construção de redes corporativas seguras e convergentes, capazes de
distinguir e tratar, de forma diferenciada, aplicações com diferentes tipos de requisitos e
desempenhos
A conceituação de redes convergentes refere-se à concentração de diferentes
serviços, tais como voz, dados e multimídia, sobre uma única plataforma de rede. Dessa
forma, essas redes podem simplificar a estrutura operacional e possibilitar redução de
custos.
No ambiente de serviços públicos chamados de NGN, as redes públicas unificadas
serão capazes de proverem telefonia, acesso à internet, formação de VPN´s e acesso a
conteúdos através de diversos tipos de terminais, sejam eles: telefones, computadores,
computadores de mão ou “smartphones”. (KNIGHTSON, 2005).
Tanto para redes corporativas convergentes como para redes convergentes públicas
ou NGN, o MPLS será a tecnologia de núcleo utilizada nos Backbones IP.
12
2.2 Benefícios do MPLS
O MPLS apresenta uma série de características que potencializam em muito alguns
benefícios para os serviços que suporta. (SANTOS, 2005).
Alguns dos benefícios de uma solução com Rede MPLS são:
2.2.1
Gerência:
Simplifica a Administração de T.I., visto que provê um sistema de comunicação
inteligente, porque: é mais eficiente que tecnologias anteriores para crescer e reduzir
pontos
da
rede(escabilidade);
garantir
qualidade
de
aplicações
convergentes(desempenho); estabelecer mecanismos de “Disaster Recover”(alta
disponibilidade); e de segurança;
2.2.2
Desempenho:
- Qualidade de serviço(QoS): os Backbones IP´s(MPLS) atualmente estão
preparados implementar QoS para diferentes tipos de tráfegos-voz, dados e multimídia;
- Altas velocidades no núcleo da rede: a disponibilização de altas velocidades no
“Core” da Redes de Telecomunicações das Operadoras possibilita a convergência de
serviços;
- Multicast: permite aproveitamento da banda e facilita implantação de aplicações
“multicast”
- MPLS é implantado em roteadores criando um Backbone MPLS: na maioria dos
casos as operadoras de telecomunicações implantaram MPLS nos mesmos roteadores
que formam o Backbone Internet, transformando os Backbones Internet em um
Backbone Multiserviço.
2.2.3
Segurança:
A comutação por LABELS, que utiliza o conceito de comutação de circuitos ou
“Label Switch Path”(LSP), isola os serviços do Backbone.
2.2.4
Escabilidade:
- O MPLS é de natureza peer-to-peer: com flexibilidade alta para (re)configurar
topologias. A adição de um novo site(ponto de rede) não irá interferir na configuração
do restante da rede, mas apenas nesse ponto da rede.
- Flexibilidade de Acessos: O MPLS permite o acesso de diversos tipos de interfaces
e protocolos da camada 2. O acesso à camada de serviços MPLS pode ser via FrameRelay, E1, SDH, Xdsl, MetroEthernet, GPRS, WiFi, e WiMax.
2.2.5
Alta Disponibilidade:
Os backbones MPLS possuem alta disponibilidade devido à facilidade de definir
rotas alternativas de tráfego e do rápido re-roteamento do tráfego para caminhos
alternativos através do Traffic Engineering(aplicação de gerência de tráfego para
provedores de serviços).
13
2.3 Serviços do MPLS
O principal serviço do MPLS é o serviço de VPN, que podem ser de topologia
lógica Full-mesh ou Hub and Spoke, normalmente. O MPLS permite dois tipos de
serviços: VPN´s L3 e VPN´s L2. (SANTOS, 2005).
2.3.1
Topologias de VPN´s:
Em redes de comunicações, a topologia é o estudo do posicionamento dos
componentes da rede. A topologia física está associada ao posicionamento físico desses
componentes, ou como estão interconectados. A topologia lógica está associada
roteamento utilizado entre esses componentes, ou como esses componentes se vêem na
rede.
- A Topologia Full-Mesh é quando essa topologia é empregada, uma das
implicações diretas é que o roteador utilizado no centro da rede não precisará mais
comutar o tráfego entre filiais e também não precisará centralizar as informações de
roteamento.
- Topologia Hub-and-Spoke: essa topologia é normalmente utilizada quando se
deseja implementer um nível de segurança maior, forçando o tráfego entre filiais a
passar pela matriz.
- Topologia Mista: essa topologia é a integração das topologias Full-Mesh e Huband-spoke.
Figura 1.1: Topologias MPLS
14
2.3.2
VPN´s L3 MPLS:
Denomina-se VPN L3 as redes privativs do tipo IP VPN. Essas redes operam na
camada 3 do modelo OSI. Nessas VPN`s a rede se comporta como uma rede IP de
roteadores virtuais dedicados a ele. Essas VPN´s podem ser: do tipo PE-based(provedor
de comunicações é responsável pelo encaminhamento e rotas dentro da rede) e do tipo
CE-based(onde o contratante desse tipo de rede junto a um provedor de comunicações é
responsável pelo encaminhamento e rotas dentro da rede). (KUROSE; KEITH, 2007).
Figura 1.2: VPN L3 PE-based: MPLS (KUROSE; ROSS, 2007)
15
Figura 1.3: VPN L3 CE-based: MPLS (KUROSE; ROSS, 2007)
As VPN´s L3 MPLS possibilitam troca de protocolos de roteamento entre os
roteadores cliente e os roteadores do Backbone. O CE, nas VPN´s MPLS, estabelece
“peer” com o roteador do backbone. O roteador do backbone, no qual se liga o CPE, é
chamado PE – Provider Edge.
A partir do momento em que os roteadores do cliente(CE) começam a trocar
protocolos de roteamento com o backbone, esse passa a conhecer o endereçamento IP
do cliente, para todos os sites e define então o melhor caminho de um site a outro.
Os pacotes que vão de um site para outro seguirão o melhor caminho no backbone,
seguindo direto para o endereço IP destino não passando, necessariamente, pela matriz.
A IP VPN opera de forma a estabelecer conexões tipo any-to-any. A topologia lógica
dessas redes contém elementos da Rede da Operadora de Comunicações. (KUROSE;
ROSS, 2007).
16
Figura 1.4: Exemplo de VPN L3 e VRF (KUROSE; ROSS, 2007)
Na figura 1.4, é mostrado um diagrama onde demonstra como é executado o
roteamento e encaminhamento dentro da Rede MPLS em uma VPN L3, através de VRF
que estabelece como serão encaminhados os pacotes pela rede ou qual o caminho será
seguido pela LSP.
2.3.3
VPN´s L2 MPLS:
Essas VPN´s operam na camada 2 do modelo OSI. Nas VPN´s L2 o roteador do
cliente(CE) troca protocolos de camada de enlace com o backbone, deixando todas as
relações de “peering” L3 estabelecidas entre os roteadores cliente(CE). Nesse caso, o
protocolo de roteamento “interno” do cliente passam a ser entendidos como enlaces de
transmissão. (KUROSE; ROSS, 2007).
O VPN L2 cria para o usuário final uma estrutura virtual de rede privativa que pode
ser Frame Relay, ATM, E1 ou Ethernet.
De maneira geral, o VPN L2 também é chamado de AToM, Any Transport over
MPLS, indicando a possibilidade de estabelecer, por exemplo, circuitos Frame Relay
sobre MPLS ou qualquer outro tipo de protocolo de L2, camada 2 do modelo OSI.
No caso do Frame Relay sobre MPLS são criados CVP´s entre sites conectados
diretamente a Rede MPLS.
Os serviços VPN L2 possibilitam também, como funciona na camada 2 do modelo
OSI, formação de redes de acesso, principalmente acessos MetroEthernet(Ethernet
Metropolitano).
2.4 Funcionamento da Rede MPLS
O funcionamento e arquitetura da Rede MPLS são definidas de acordo com a RFC
3031. Essa RFC foi publicada pela IETF com intuito de orientar fabricantes para
17
padrões das tecnologias do mundo IP. Nos itens a seguir serão detalhados aspectos da
arquitetura e funcionamento.
2.4.1
Comutação MPLS – comutação por Label:
Em redes IP podemos definir dois planos de operação: plano de encaminhamento –
que contém o processo de comutação e encaminhamento do pacote; e – plano de
controle – que contém os processos que definem o caminho do tráfego.
Na Rede MPLS, o processo de comutação busca separar o encaminhamento e
comutação de pacotes dos processos que definem como os pacotes serão
encaminhados(plano de controle). O plano de controle, em separado do MPLS, permite
a integração de vários planos de controle.
A proposta da Rede MPLS é fazer com que os pacotes IP´s comutados, a cada nó na
camada 3, tenham apenas uma operação de procura na Tabela de Roteamento na entrada
da rede e, após isso, sigam em uma via rápida de comutação na camada 2, como nos
Switches ATM. Dessa forma, o MPLS cria para cada IP de destino, um caminho L2 de
comutação rápida. Esse caminho é chamado de LSB, Label Switch Path, e opera de
forma semelhante ao CVP ATM ou DLCI do Frame Relay, porém gerado de forma
dinâmica.
De certa forma, podemos dizer que o MPLS combina a velocidade de comutação do
ATM com a inteligência do roteamento IP.
Em redes MPLS, CE é o equipamento CPE que se liga diretamente ao Backbone
MPLS. Em outras redes, como a Rede Frame-Relay, o equipamento CPE para
implementar o nível IP estabelece relações de peering com outro CPE, através de
circuitos virtuais. Em Redes MPLS o CE estabelece relações de peering diretamente
com o roteador do backbone.
O pacote IP do MPLS possui uma informação adicional que é o LABEL, que é
adicionado entre o cabeçalho IP(camada 3) e o cabeçalho 2. Neste caso, ele é chamado
de Shim Label.
IPv4
IPv6
IPX
Etc.
Etc.
Nível 3
MPLS – Multiprotocol Label Switching
Nível 2
Ether
net
ATM
Frame
Relay
PPP
Etc.
Figura 2.4: Estrutura do Label da Arquitetura MPLS
Quando o pacote IP entra no Backbone IP recebe um Label. A partir desse
momento, o pacote é encaminhado baseado no Label e não mais no IP Destino.
18
2.4.2
Arquitetura MPLS:
Um dos principais conceitos do MPLS é a classe equivalente de encaminhamento
FEC (Forwarding Equivalence Class) que define o caminho dos pacotes através de
rótulos. Para uma FEC particular, a concatenação de caminhos comutados, forma um
caminho unidirecional através da rede, conhecido como caminho comutado por rótulo
LSP (Label Swithed Path), ou seja, pacotes pertencentes a uma FEC comum, sempre
pegam o mesmo caminho através do domínio MPLS. O LSP consiste de saltos
comutados por rótulo "Label Switched Hops" entre pares de LSRs.
A arquitetura MPLS emprega dois tipos principais de roteadores, LSR (Label Switch
Router) que possuem somente interfaces puramente MPLS, possibilitando enviar o
tráfego baseado puramente em rótulos, ou seja, trabalha somente com a camada 2. Para
tratar os pacotes vindo das redes IP existe o LER (Label Edge Routers), que pode ser de
ingresso ou egresso na rede MPLS, dependendo se o pacote está entrando ou saindo do
domínio MPLS. Cada LSR e LER mantêm uma base de informação de rótulos
conhecida como LIB (Label Information Base). A mesma é usada para dar
encaminhamento aos pacotes.
Na figura 2.5, logo abaixo, é mostrado um diagrama da arquitetura da Rede MPLS.
17
LSR
LSP
Ingress
LER
Egress LER
11
REDE Núcleo
MPLS
4
12
LSR
LSP
LSR
31
21
Egress LER
Figura 2.5: Arquitetura MPLS
19
2.4.2.1 ELSR – Edge Label Switch Router ou LER (Label Edge Router) ou
PE(Provider Edge Router)
O roteador que insere o label no pacote IP é chamado ELSR-Edge Label Switch
Router. O ELSR é a divisa entre a comutação MPLS e IP; onde é inserido Label para
seguir até IP destino. No backbone MPLS, não há consulta aos endereços IP´s, apenas
os Labels são consultados.
Apesar do encaminhamento ser baseado no Label, o MPLS utiliza as informações de
controle do IP.
O MPLS não é uma simples tecnologia de comutação, que possui endereçamento e
protocolos próprios. O MPLS, apesar de encaminhar pacotes baseado em Labels é capaz
de mapear o plano de controle de outro protocolo em seu encaminhamento.
Uma das principais características do MPLS é: o controle das rotas IP´s continua
sendo realizado por protocolos de roteamento IP, no entanto, o encaminhamento não
realiza mais consultas à tabela de roteamento e sim por comutação de labels. Além
disso, o MPLS separa plano de controle do plano de encaminhamento de pacotes,
possibilitando vários controles, de acordo com as aplicações, em um único
encaminhamento baseado em labels.
2.4.2.2 LSR (Label Switch Router)
Os LSR´s são roteadores de label(que estão na rede núcleo da Rede MPLS) e não
precisa ler os endereços IP para encaminhar os pacotes. O LSR apenas lê o Label de
entrada e insere uma Label adequado ao pacote na saída, a fim de garantir o correto
encaminhamento. Essa operação é chamada de Label Swap.
No interior da rede(núcleo), os pacotes MPLS não mantêm o mesmo Label,
diferentemente dos endereços IP´s. O Label pode não ser único em toda a rede.
Dentro do núcleo da rede existe a Tabela de Forwarding Equivalent Class (FEC),
que estabele o encaminhamento para pacotes a serem diferenciados dentro do MPLS,
através de uma tabela que ssocia o label de entrada com o IP destino.
2.4.2.3
LSP (Label Switch Path)
O LSP é o caminho estabelecido entre a origem e o destino de um pacote MPLS,
passando pela núcleo da rede MPLS(LSR e ELSR).
2.4.3
Funcionamento das IP VPN´s em MPLS
As portas do PE são diretamente associadas a uma VPN, e dessa maneira o PE cria
uma nova tabela de roteamento. Esta tabela também é chamada de VRF. Cada VPN que
possua portas em um determinado PE terá uma VRF associada no PE.
A VRF faz parte do plano de controle e de encamihamento. Os caminhos dos
Labels, LSP, serão definidos pela VRF. A VRF deve possuir todas as informações de
roteamento utilizadas pela VPN. Cada VPN utiliza sua própria VRF e os CE’s de
diferentes VPN´s podem possuir os mesmos endereços.
No caso de VPN L3 em MPLS, os CE’s podem utiliar protocolos de roteamento
tradicionais como OSPF, RIP, BGP. O CE estabelece uma relação de peering com o PE,
20
isto é, o CE informa ao PE as redes e endereços diretamente conectados a ele, enquanto
o PE informa ao CE as redes e endereços IP´s conectados a todos os demais roteadores
CE da respectiva VPN.
Os roteadores PE trocam entre si as informações apreendidas a partir de roteadores
CE diretamente ligados. Essa troca é realizada através de protocolo MP-BGP.
2.5 QoS(Quality of Service) em Rede MPLS
Através da aplicação de QoS em uma Rede MPLS é possível obter diferentes
aplicações com requisitos diferentes de priorização de desempenho.
QoS é um conjunto de procedimentos e técnicas que são aplicadas desde a origem
do pacote, passando pela rede local, até o backbone do provedor, possibilitando a
garantia de diversos níveis de desempenho para diversas aplicações.
O QoS é aplicado tanto no Backbone do Provedor de Serviços quanto nos
equipamentos do cliente(CE).
2.5.1
Modelo Diff Service
Modelo atualmente mais utilizado para implementer QoS. Nesse modelo a idéia é
gerenciar recursos a rede através a criação de classes de serviços que são atendidas em
diferentes filas de priorização. Dessa forma, se garante SLA(Service Level Agreement)
de cada classe pelos indicadores de desempenho das filas.
O modelo Diff Service define classes de serviços. Ao entrar em uma classe os
pacotes recebem o mesmo tratamento, de priorização, em uma rota, fim-a-fim. Em cada
nó da rede, o pacote é verificado a que classe pertence e dessa forma recebe o
tratamento correspondente a sua classe.
A arquitetura DiffServ contém 06 mecanismos básicos para oferecer QoS que são:
Classificação, Marcação, Policiamento (Policing), Mecanismo de Filas (Queuing),
Traffic Shaping.
21
Classificação
Separa o
tráfego em
Classes
Enfileiramento &
Descarte
Policiamento
Descarta o
tráfego fora do
perfil para
manter a
integridade da
rede
Marcação
Marca o
tráfego
para a
rede
Conformação
Prioriza,
protege e
isola os
tipos de
tráfego
Controla as
rajadas e
conforma o
tráfego
Figura 2.6: Diagrama simplificado dos mecanismos de QoS
2.5.2
Classificação no Modelo Diff Service
Serviços Diferenciados (DiffServ) é um modelo em que o tráfego é tratado por
sistemas intermediários que se baseiam no campo ToS(tipo de serviços) para estabelecer
prioridades dentro da Rede MPLS.
O conjunto de definições de uma determinada classe de service é denominada de
classificação. Ela identifica o tipo de tratamento que os pacotes receberão na rede. Os
pacotes podem ser classificados por: tipo de aplicação, IP de origem, IP de destino,
campo ToS, e porta de origem.
O entrar na rede um pacote é classificado e marcado.
Após o pacote ser classificado ele será marcado com a informação que indicará a sua
classe de serviço. A marcação poderá ocorrer no cabeçalho IP, no cabeçalho do nível 2
ou ainda no próprio MPLS.
Depois de marcado, o próximo nó da rede fará a classificação baseado na marcação
anterior(nó anterior da rede).
O enfileiramento(queueing) é a base do Diff Service. O pacote de uma classe é
separado em filas antes de ser transmitido.
2.5.2.1 Filas
As filas são mecanismos, em relação a componentes da rede, que possibilitam um
maior controle sobre o tráfego segundo critérios de classificação pré-definidos
possibilitando a diminuição de congestionamentos da rede. A capacidade das filas estão
diretamente ligados a capacidade os componentes de rede. Existem muitos tipos de
políticas de atendimento de filas(scheduling) das quais podemos citar:
22
- FIFO – uma fila FIFO(FIRST IN FIRST OUT) é um mecanismo de
armazenamento e repasse que não implementa nenhum tipo de classificação. A ordem
de chegada dos pacotes é que determina a alocação da banda, e o que chega primeiro é
logo atendido.È o tipo mais simples de filas. Esse tipo de fila não é indica para redes
que necessitam aplicar QoS.
- FAIR QUEUEING – nesse tipo de fila, as mensagens são ordenadas por sessões e
em cada uma delas se aloca um canal. Essa operação provê uma alocação mais justa da
banda entre os fluxos de dados.
- WFQ - Weighted Fair Queueing – implementação CISCO- no algoritmo as filas
são esvaziadas de acordo com um mecanismo de varredura cíclica, de forma que, no
pior dos casos, as bandas configuradas serão garantidas. Um das filas para esse
algoritmo é o LLQ(Low Latency Queue), em que essa fila possui prioridade sobre as
demais na comutação.
- Priority Queueing - PQ (enfileiramento prioritário) – a classificação do tráfego de
entrada possui quatro níveis de priorização: alta, média, normal e baixa.
- CQ (Custom Queueing) – esse tipo de fila permite especificar um percentual da
banda para uma determinada aplicação. O algoritmo CQ controla o tráfego alocando
uma determinada parte da fila para cada fluxo classificado.
- Detecção RED - Random Early Detection (detecção randômica antecipada) –
mecanismo de prevenção de congestionamento. Esse algoritmo monitora de forma
antecipada as funções de controle do TCP de congestionamento, descarta pacotes
aleatoriamente e indica para a fonte reduzir a taxa de transmissão. Também existe a
WRED, implementação CISCO, que utiliza o método do algoritmo RED com a
classificação de pacotes por precedência IP.
Quando acontece o congestionamento em uma rede, o descarte acaba sendo
praticamente inevitável, mas dependendo do tipo de filas escolhido isso pode ser
bastante minimizado conforme o critério de Diff Service. Para que se tenha um melhor
desempenho na rede é necessário, dentre outras itens, escolher a fila mais adequada as
necessidades da rede.
2.5.3
Modelo DSCP
O QoS implementado em uma Rede de Telecomunicações normalmente segue um
modelo com classes definidas. A maioria dos Provedores de Telecomunicações no
mundo não trabalha com mais de 5 classes, embora a tecnologia possibilite a
implementação de dezenas de classes.
O modelo sugerido pela RFC 2475 recomenda as seguintes classes:
- EF – Expedied Forwarding – classe de baixo delay, baixo jitter e baixas perdas;
- AF – Assured Forwarding – classe com garantia de atendimento para pacotes
dentro do perfil;
- Best Effort – pacotes entregues sem garantia, a qualidade com relação a delay,
jitter e perdas depende da utilização dos link´s.
O modelo DSCP permite autilização de até 14 classes de serviço. A classe EF, AF e
Best Effort, sendo que a classe AF se divide em 12 subclasses de serviços. As classes
23
AF se subdividem em 4 classes principais: AF1x, AF2x, AF3x, AF4x. Cada uma
composta por 3 subclasses. A classe AF1 é formada por: AF11, AF12 e AF13.
O modelo DSCP funciona com 2 conceitos: banda reservada e prioridade de
descarte. Para Banda Reservada, pode-se reservar um percentual da banda total da
interface para uma das classes EF ou AF. A Prioridade de Descarte refere-se ao descarte
em caso de congestionamento dentro de uma banda reservada. No caso da banda
reservada para a classe AF3, o descarte de pacotes ocorre antes da AF33 e depois AF32
e AF31, nesta ordem. Pacotes da classe AF11, AF12, e AF13 devem possuir um banda
reservada e dentro desta banda são descartados conforme a prioridade.
2.6 Metro Ethernet e Ethernet sobre MPLS
Uma Metro Ethernet é uma rede de computadores baseada no padrão Ethernet e que
abrange uma área metropolitana. É comumente usada como um acesso à rede
metropolitana de conectar assinantes e as empresas a uma WAN, tal como a Internet. As
grandes empresas também podem usar Metro Ethernet para se conectar às suas sucursais
Intranet.
Ethernet tem sido uma tecnologia muito utilizada a décadas. Uma interface Ethernet
é muito menos dispendioso do que uma interface PDH e SDH da mesma largura de
banda. Ethernet também suporta altas bandas com uma boa granularidade, que não está
disponível em conexões tradicionais SDH. Outra vantagem de uma rede Ethernet com
base em acesso é que pode ser facilmente conectar a rede do cliente, devido à
predominância da utilização de Ethernet em redes corporativas e, mais recentemente,
redes residenciais. Portanto, trazendo para a Ethernet no Metropolitan Area Network
(MAN), introduz uma série de vantagens tanto para o prestador eo cliente (corporativo e
residencial).
Um bom prestador de serviços de rede Metro Ethernet possui uma coleção de
roteadores e switches de camada 2 ou 3 conectados através de fibra ótica. A topologia
poderia ser um anel, hub-and Spoke (star), malha ou integral ou parcial. A rede terá
também uma hierarquia: núcleo, distribuição e acesso. O núcleo, na maioria dos casos
existentes é uma espinha dorsal baseada em IP e MPLS, mas podem migrar para versões
mais recentes formas de Transportes Ethernet, sob a forma de velocidades de 1Gbit/s ou
10Gbit/s.
Ethernet em redes MAN pode ser utilizada como Ethernet sobre SDH, Ethernet
sobre MPLS ou Ethernet sobre DWDM. Implemetações baseadas em SDH são úteis
quando já existe uma infra-estrutura, a sua principal limitação é a perda de flexibilidade
na gestão de banda devido à rígida hierarquia imposta pela rede SDH.
24
2.6.1
MAN Ethernet
Uma MAN baseada em Ethernet utiliza apenas 2 opções para todas as camadas da
sua estrutura interna. Isto permite um design muito simples e barato e também uma
simples configuração inicial. A tecnologia Ethernet original não foi bem adaptada para
um provedor de serviços de telecomunicações; como uma rede de mídia compartilhada,
a qual impossibilitava implementar circuitos privativos. As Ethernet MANS começaram
a se tornar viáveis no final dos anos 90, devido ao desenvolvimento de novas técnicas
para permitir o tráfego de encapsulamento transparente através da utilização de VLANs
como: circuitos "ponto a ponto" ou "multiponto a multiponto". Combinadas com novas
funcionalidades, tais como Empilhamento de VLAN Tagging, e VLAN Translation.
Isso tornou possível isolar o tráfego de vários clientes, a partir do núcleo de rede interna
para sinalização de tráfego. No entanto, Ethernet está em constante evolução e tem
agora funcionalidades de classe de transporte(“carrier”) com a recente adição do IEEE
802.1ad e IEEE 802.1Qay.
2.6.2
MAN Ethernet Baseada em MPLS
Normalmente a utilização de uma MAN Ethernet baseada em MPLS pode ser
aplicada por um Provedor de Serviços de Telecomunicações. O assinante(cliente final
de serviços) terá uma interface Ethernet sobre par metálico(100BASE-TX) ou fibra
óptica(100BASE-FX). Os pacotes Ethernet do cliente serão transportados ao longo do
MPLS e o Provedor de Serviços de Telecomunicações de rede utiliza novamente como
a tecnologia subjacente a rede MPLS para transporte. Então, dessa forma, a Ethernet
está sendo transportada sobre MPLS, Ethernet over MPLS.
A sinalização Label Distribution Protocol (LDP) é usada sinalização em cada um
dos nós da rede para label interno(VC Label) e Protocolo de Engenharia de Tráfego
Resource-ReSerVation (RSVP-TE) que é usado como sinalização da rede para o label
exterior.
As principais vantagens de uma MAN Ethernet baseada em MPLS comparado com
uma MAN de Ethernet pura:
- Escalabilidade: uma MAN de Ethernet pura é limitada a um máximo de 4096
VLANs para toda a rede, quando se utiliza MPLS, VLANs Ethernet têm apenas
significado local (como CVPs Frame Relay). As mesmas considerações de
escalabilidade se aplicam quando todos os endereços MAC Ethernet, em uma MAN de
Ethernet pura, estão sendo compartilhados com a rede local, embora apenas tenham
significado no contexto do MPLS.
- Resiliência: a resiliência de uma MAN de Ethernet pura se baseia em STP ou
RSTP (30 para 1 seg convergência), enquanto MAN Ethernet baseada em MPLS utiliza
25
mecanismo baseado em MPLS (ie “MPLS Fast Reroute”) visando a alcançar o tempo
do SDH (50 milisegundos) de tempo de reconfiguração.
- Convergência Multiprotocolos: com a maturidade padrões (VLL ATM, FR VLL,
etc), uma MAN Ethernet baseada em MPLS pode não apenas transmitir a circulação IP /
Ethernet, mas virtualmente qualquer tipo de tráfego proveniente de clientes ou de outras
redes de redes de acesso(ou seja, Agregação ATM para o UMTS).
- Fim-a-Fim OAM: MAN Ethernet baseada em MPLS oferece um conjunto vasto de
ferramentas baseadas em MPLS OAM que enriquecem a capacidade de Provedores de
Serviços de Telecomunicações de diagnosticar e resolver de forma efetiva e rápida os
problemas da rede.
Além disso, diversos serviços de acesso podem ser fornecidos com Metro Ethernet
inclusive, o acesso à Internet de Alta Velocidade e acesso IP / VPN.
Há uma grande quantidade de fornecedores de equipamentos para implantação de
uma Rede Metro Ethernet. Podemos citar alguns fornecedores: ADTRAN, a AlcatelLucent, DATACOM, Ericsson, C-COR, Cisco, Ethos Networks, Extreme Networks,
Foundry Networks, Huawei, Nortel Networks, Tellabs, ZTE, Alcatel, Juniper Networks
e muitos mais.
Em junho de 2002, HKBN construiu a maior rede Metro Ethernet IP no mundo,
cobrindo 1.2 milhões de lares.
No final de setembro 2007, Verizon Business anunciou que está implementando
uma solução Metro Ethernet através da Ásia-Pacífico, incluindo Austrália, Singapura,
Japão e Hong Kong utilizando equipamentos Nortel.
A maior e mais desenvolvida Rede Metro Ethernet Privada Baseada em MPLS está
no Quênia. Atingindo mais de 5000 entidades empresariais, a Rede de Dados do Quênia
fornece Serviços aos usuários através equipamentos de acesso Alcatel e Siemens.
O Metro Ethernet Forum (MEF), definiu dois tipos de serviços que podem ser
entregues através de Metro Ethernet:
2.6.2.1 E-line
E-Line também é conhecida como EVC.
EVC é uma maneira de estabelecer comunicação Ethernet ponto a ponto sobre redes
baseadas em IP e MPLS.
2.6.2.2 E-LAN
E-LAN é uma maneira de estabelecer comunicação Ethernet multiponto-multiponto
sobre redes IP / MPLS. Permite “sites” geograficamente dispersos para compartilhar
uma conexão de domínio “broadcast” Ethernet conectando “sites” através de
“pseudowire”(PW). As tecnologias que podem ser utilizadas como “pseudowire” pode
26
ser Ethernet sobre MPLS, L2TPv3 ou GRE. Existem duas normas RFCs IETF (RFC
4761 e RFC 4762) descrevendo VPLS.
VPLS é uma tecnologia de Rede Privada Virtual (VPN). Em contraste com as VPNs
MPLS de camada 2 ou L2TPv3, que só permitem túneis de camada 2 ponto a ponto,
VPLS permite conectividade multiponto-multiponto.
Em uma VPLS, a LAN (Local Area Network) em cada “site” é extendida até a borda
do provedor de rede. O provedor de rede, por sua vez, emula uma “bridge” ou “switch”
para conectar todas as LANs do cliente.
2.7 NG-SDH
A Hierarquia Digital Síncrona (SDH) é uma tipo de transmissão síncrona,
estruturada, contínua, e determinística, para transporte de tráfego telefônico (Voice
Centric) suportado por fibras ópticas.
Próxima Geração Sonet / PDH e SDH (GN-NG-SONET/SDH e PDH) são duas
soluções desenvolvidas para suportar a transferência eficiente de pacotes de dados
através da rede de telecomunicações existentes. No entanto, estas tecnologias foram
ineficientes com relação a capacidade de transferência de pacotes de dados.
O Next Generation SDH fornece um meio padronizado para encapsulamento de
tráfego de dados, adaptado ao SDH, que é um tráfego tipicamente em rajadas, ou seja,
assíncrono, dentro da estrutura SDH/Sonet.
Na figura 2.7 abaixo são mostrados, simplificadamente, os níveis 1, 2 e 3,
comparativamente, do modelo OSI, de algumas das arquiteturas de infra-estrutura de
Rede comparadas com NG-SDH:
Nível 3
IP
Nível 2
FR/ATM/PPP
Nível 1
SDH/Sonet
IP
IP
Ethernet MAC
Ethernet MAC
MPLS
Adaptação (TC)
Qualquer N. Físico
SDH/Sonet
NG SDH/Sonet
Modelo Atual
Modelo com MPLS
Modelo com NG-SDH
Figura 2.7: Modelos de Aplicações
27
Figura 2.8: Meios de Transmissão, Protocolos e Serviços para NG-SDH
(CARVALHO, 2007)
N G SD H /SO N E T
SD H /SO NE T T radicional
PD H
Ethernet
VPN
DV B
SA N
FR
A TM
IP
E dge
M SxP
( M ultiService
Platform)
E quipto.
SD H
legado
LE G END A :
A T M : A synchronous T ransfer M ode
D V B : Digital V ideo Broadcast
FR: Fram e Relay
IP : Internet Protocol
N G SD H: N ew G eneration S DH
M SxP: M ultiprotocol Service P latform
Plataform a
SD H /SO N ET
tradicional
E quipto.
SD H
legado
E dge
M SxP
( M ultiService
Platform)
PDH
Ethernet
V PN
D VB
SAN
FR
A TM
IP
P DH ; Plesiochronous D igital H ierarchy
SD H: S ynchronous D igital Hierarchy
S AN: Storage Area N etworks
SO NE T : Synchronous Digital Hierarchy
V PN : V irtual P rivate N etwork
Figura 2.9: Arquitetura NG-SDH
A introdução de três novas tecnologias proporcionou uma solução mais eficiente:
- GFP (Generic Framing Procedure ou Procedimento Genérico de "Framing")(ITU-T
G.7041 GFP) : Mecanismo robusto e padronizado de encapsulamento para transporte de
dados sobre SDH/Sonet. GFP Executa adaptação de taxa de bit e pode controlar atraso e
prioridade, definição de canais e submultiplexação.
28
GFP é um método de encapsulamento para transportar pacotes de dados sobre redes
baseadas em comutação de circuitos. Existem duas versões:
GFP-F - uma versão para o transporte de "Frame" de dados, como IP, MPLS,
Ethernet etc.
GFP-T - Uma versão codificada de bloco transparente para transporte de dados nãoenquadrados, normalmente usado para armazenamento protocolos como ESCON,
FICON, Fiber Channel etc.
- VCAT (Virtual Concatenation) (Concatenação Virtual) (ITU-T G.707 VCAT para
Sonet / SDH): É um mecanismo que assegura granulosidade de banda às aplicações ao
invés de provisionamento exponencial da concatenação contígua por canais padrões.
- LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme)( Esquema de Ajuste de Capacidade do
Link (ITU-T G.7042 LCAS): Um mecanismo que permite modificar dinamicamente o
VCAT alocado, adicionando ou removendo componentes de uma tubulação (canal) em
uso. LCAS também é usado para implementar diversidade para melhorar a resiliência de
tráfego.
Para o NG-PDH, as mesmas tecnologias são utilizadas para o transporte de dados
por pacotes ao longo das conexões PDH. As normas relevantes são extensões:
GPF para Ethernet sobre NG-PDH (ITU-T G.8040)
VCAT para Ethenet sobre NG-PDH (ITU-T G.7043)
LCAS para Ethernet sobre NG-PDH (ITU-T G.7042)
29
3 REDES NGN (NEXT GENERATION NETWORK) E
CONVERGÊNCIA DE SERVIÇOS
NGN é um termo amplo para designar algumas evoluções nas arquiteturas de
telecomunicações e redes de acesso de núcleo que será implantado ao longo dos
próximos 5-10 anos. A ideia geral é que uma rede NGN transporta todas as informações
e serviços (voz, dados e todos os tipos de mídia) encapsulados por estes pacotes. NGNs
são normalmente construídas baseadas no Protocolo de Internet, e, portanto, o conceito
de "all-IP"(tudo IP) é também por vezes utilizado para descrever a transformação rumo
a NGN.
Segundo a ITU-T definição de NGN é:
A Next Generation Network (NGN) é um rede baseada em pacote capaz de prestar
serviços, incluindo os Serviços de Telecomunicações, e capaz de fazer uso de múltiplas
banda, com capacidade de prover QoS para tecnologias de transporte e na qual as
funções relacionadas com serviços são independentes das tecnologias de sobreposição
de transporte. Suporta a mobilidade generalizada e consistente.
De uma perspectiva pragmática, NGN envolve três principais mudanças de
arquitetura que precisam ser vistas separadamente:
Na rede básica, NGN implica uma consolidação de várias redes (dedicado ou
superposição) de transportes historicamente construídas para cada serviço diferente em
um núcleo de transportes (muitas vezes baseadas em IP e Ethernet). Implica, entre
outras coisas, a migração de voz a partir de uma arquitetura de circuitos comutados
(PSTN) para VoIP, e também migração do legado de serviços, tais como X.25, Frame
Relay para um novo serviço como VPN IP, ou migração técnica por emulação do "
serviço legado" para as NGN.
30
Na rede de acesso por cabo, NGN implica a migração da voz para ser configurada
por acessos xDSL para que se possa convergir os DSLAMs(do inglês Digital Subscriber
Line Access Multiplexer) para integrar portas de voz ou VoIP, permitindo a substituição
da infra-estrutura de voz atual.
Na rede de acesso por cabo, convergência NGN implica migração dos padrões atuais
para voz (PSTN) para serviços baseados em Procotolo IP (VoIP, SIP, H323).
Next Generation Networks são baseadas em tecnologias Internet, incluindo IP
(Internet Protocol) e Multiprotocol Label Switching (MPLS). No nível do aplicativo,
Session Initiation Protocol (SIP) parece estar prevalecendo sobre o ITU-T H.323.
Inicialmente H.323 foi o protocolo mais popular, mas a popularidade diminuiu com
o tempo devido a sua dificuldade em atravessar NAT e firewalls. Por esta razão serviços
de VoIP e SIP têm sido desenvolvidos e amplamente adotados. No entanto, em redes de
voz quando tudo está sob o controle do Provedor de Telecomunicações, muitas das
maiores operadoras utilizam o protocolo H.323 para os backbones. Então realmente SIP
é uma ferramenta útil para o "enlace local" e H.323 pode ser utilizado nos Backbones.
Com as mais recentes alterações introduzidas para H.323, é agora possível para
dispositivos com H.323 cruzarem com facilidade dispositivos de NAT e firewall,
abrindo a possibilidade para que H.323 possa voltar a ser adotado novamente nos casos
em que tais dispositivos dificultavam a sua utilização anteriormente. No entanto, a
maioria dos Provedores de Telecomunicações estão pesquisando e apoiando SIP, que
possibilita uma grande chance de ser o protocolo mais amplamente adotado.
Para aplicações de voz de um dos dispositivos mais importantes da NGN é o
Softswitch - um dispositivo programável que controla as chamadas Voz sobre IP
(VoIP). Ela permite a integração de diferentes protocolos dentro NGN. A função mais
importante da Softswitch é criar a interface com a rede de telefonia existente, PSTN,
através de Gateways de sinalização (SG) e “Media Gateway” (MG). No entanto, o
termo Softswitch pode ser definido de maneira diferente pelos diversos fabricantes de
equipamento e ter diferentes funções.
Podemos encontrar muitas vezes o termo Gatekeeper NGN na literatura. Este era
originalmente um dispositivo VoIP, que converte (usando gateways) voz e dados a
partir de comutação de circuito analógico ou digital (PSTN, SS7) para comutação
baseado em pacote(IP). É controlado por um ou mais gateways. Inicialmente este tipo
de dispositivo era denominado de “Media Gateway Control Protocol” (e similares),
posteriormente o nome foi alterado para o “Media Gateway Controller” (MGC).
O “IP Multimedia Subsystem” (IMS) é um padrão para Serviços de Mídia para
Internet definida pelo Instituto Europeu de Normas de Telecomunicações (ETSI) e do
“3rd Generation Partnership Project” (3GPP). A figura 3.1, mostra um diagrama
simplificado da integração do IMS com Redes de Telefonia Fixa e Móveis e a
integração com tecnologias de acesso.
31
Figura 3.1: Diagrama NGN e integração de Sistemas de Redes Fixas e Móveis
(PODHRADSKÝ, 2008)
As redes de nova geração são redes formadas para oferecer serviços convergentes
(compostos de diferentes tipos de tráfego – voz, dados e vídeo), acessíveis por
diferentes tipos de dispositivos e redes de acesso.
Convergência é a possibilidade de oferecer serviços de voz, dados e vídeo através de
uma única plataforma de comunicação.
A convergência é um movimento em várias frentes. Convergência de Redes,
Convergência de Dispositivos, Convergência de Serviços e Convergência de Aplicações
são várias perspectivas de convergência.
As redes de nova geração NGN são redes multi-serviços. Uma única plataforma com
alta disponibilidade, qualidade de serviço, altas velocidades, interfaces flexíveis e
diversificadas. A NGN é uma necessidade por vários motivos:
- Convergência de Serviços – possibilidade de suportar vários tipos de serviços, com
funcionalidades padronizadas: serviços de rede corporativa, de telefonia pública,
32
serviços de acesso a internet, de telefonia corporativa, e de distribuição de conteúdo
como TV e rádio;
- QoS (Quality of Service) – garantir SLA(Service Level Agreement) para diferentes
tipos de serviços;
- Uma única rede – reduzir drasticamente investimentos e custos de
desenvolvimento, operação, manutenção e gerência;
- Time-to-market: desenvlver serviços de forma mais efetiva e rápida e independente
da estrutura da rede, através do uso do protocolo IP, um modelo aberto e altamente
difundido no mercado;
- Alta disponibilidade: possuir disponibilidade compatível com as aplicações mais
exigentes-unir confiabilidade com rapidez na recuperação de falhas;
- Diversidade de Acesso: possibilitar vários tipos de dispositivos e acessos, como
MetroEthernet, Wimax, PLC, ADSL, Cabo, Redes Legadas(Telefonia, Frame Relay,
celular);
- Ubiquidade – possibilitar a presença de rede em todo o tipo de ambiente como:
hotéis, residências, empresas, shoppings, aeroportos, entre outros;
- Mobilidade – permitir o uso das redes quando em movimento. Atualmente no
Brasil, a maioria das cidades já possui cobertura ubíqua, nas tecnologias GPRS e EDGE
para telefonia móvel. A tendência é que rapidamente em um curto espaço de tempo a
maioria da cidades já possua cobertura 3G e algumas 4G em telefonia móvel.
Logo abaixo, figura 3.2, é mostrado resumidamente o diagrama em blocos da
arquitetura NGN e seus subsistemas.
33
Figura 3.2: Arquitetura NGN e seus subsistemas (PODHRADSKÝ, 2008)
Figura 3.3: Visão Macro: Arquitetura NGN: redes de acesso, redes de transportes,
Backbones e interconexões
34
4 CONCLUSÃO – CENÁRIOS FUTUROS PARA REDES
DE TELECOMUNICAÇÕES DE PROVEDORES DE
SERVIÇOS E SEUS USUÁRIOS FINAIS
Existe no mercado uma tendência e uma necessidade cada vez maior de se prover
bandas e velocidades maiores agregando uma maior quantidade de serviços que possam
agregar valor para o usuário final. Tal necessidade acaba impulsionando os fabricantes a
buscar novas soluções para integrar as tecnologias atuais e ampliar sua capacidade
instalada de prover maiores velocidades e serviços.
Comentaremos então alguns cenários possíveis para o futuro das Redes de
Telecomunicações:
Através do estudo realizado sobre Redes MPLS, podemos verificar que essa será a
base(Rede “Core”) de comutação e transporte, baseada em IP, para todos os tipos de
serviços. Também será possível fazer o transporte de outros protocolos de transporte
como Frame-relay e ATM(ATM over MPLS), por exemplo. Mas também existe a opção
de se manter a Rede ATM, se a operadora de Telecomunicações possuir, como rede de
acesso e ou transporte. Além da Rede MPLS como rede de transporte, teremos também
a rede NG-SDH, que proverá integração com os nós de rede existentes PDH e SDH e
com a própria Rede MPLS. As Redes MPLS possuirão concentradores de Rede
IP/MPLS (backbones-Gigarouters ou Terarouters) com grandes capacidades. Outra
tendência para esses backbones é começar a operar com Ethernet sobre MPLS(L2VPN),
oportunizando chegar até o usuário final com velocidades maiores e possibilitando a
diminuição de custos operacionais das Redes das Operadoras de Telecomunicações.
Sendo assim, será possível, prover serviços com vários tipos de interface SDH-PDH,
ATM, , IP sobre MPLS, Ethernet sobre NG-SDH, Ethernet sobre MPLS (nesse caso
podendo chegar a velocidades de 10G ou 100G).
Na migração das redes atuais existirão equipamentos que concentrarão os acessos e
entregarão para rede óptica(NG-PDH-SDH) possibilitando aumentar ainda mais a
eficiência utilizando a tecnologia WDM, agregando mais dados no mesmo acesso.
Com referência ao serviço de voz, existe uma tendência de as redes atuais (PSTN)
de serem mantidas até que se migre todos os usuários para a Rede IP e MPLS através de
gateways. Com referência a VoiP, as Operadoras de Telecomunicações poderão utilizar
o protocolo SIP ou H323, sendo o SIP mais utilizado atualmente.
Possivelmente, tecnologias mais antigas como por exemplo, X25, Frame-relay,
ATM, entre outras, ou serão mantidas pelas Operadores de Telecomunicações em
paralelo (independentes) ou serão integradas através de gateways com a Rede NGN.
35
A NGN é a integração de aplicações de redes para uma única rede capaz de
desempenhar todas funções e quaisquer serviços. Além disso, a NGN permite:
dissociação dos serviços e dos transportes; Convergência Fixo-Móvel para a mesma
plataforma; Subsistema Multimídia IP( IP Multimedia Subsystem - IMS ).
Podemos citar como principais características da NGN, referente a redes atuais e
mudanças futuras, como: independência da camada de serviços em relação a camada de
transporte, QoS para camada de transporte, prover serviços inovadores com maiores
velocidades, flexibilidade para usuários finais para escolha de seus serviços, mobilidade
entre sistemas fixos e móveis(integração).
A NGN possibilitará prover vários tipos de serviços: VoiP (Voice over IP), IPTV
(Internet Protocol Television), Aplicações baseadas em presença: Mensagem
Instantânea (Instant Message) e Location Based Services (Serviços Baseados em
Localicazação), Triplay Play (internet, TV e telefone).
Resumidamente, para evolução das Redes atuais para NGN, podemos destacar que,
para Provedores de Telecomunicações, como cenários possíveis, a Rede MPLS será a
“espinha-dorsal” da futura Rede NGN podendo utilizar Ethernet over MPLS, e que para
rede de transporte a tendência é a tecnologia NG-SDH. O protocolo de VoiP poderá ser
H323 ou SIP. As evoluções e integrações futuras trarão o benefício de reduzir custos,
agregando serviços, e aumentando a possibilidade de aumentar o número de serviços
para os usuários finais. Com as referidas possibilidades, o usuário final poderá obter
através do mesmo acesso TV, telefone e internet; poderá ter um telefone VoiP wireless
baseado em protocolo SIP, ou outro protocolo; o usuário poderá ter apenas um telefone,
que será o telefone fixo e móvel ao mesmo tempo e que possibilitará também ser o seu
ramal dentro da empresa; outro ganho importante é o aumento de velocidade disponível
em dados ou internet para usuário final; também será possível contratar vídeo sob
demanda(IPTV); e Serviços de Valor Agregado na Rede LAN.
36
REFERÊNCIAS
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